книги / Особенности проектирования мостовых переходов при различных типах руслового процесса

ла реки. Вал примыкает к пляжу, формирующемуся на выпуклом берегу. После спада паводка гребень вала, освободившись от воды, может по­ крыться растительностью. В последующий паводок растительность создает весьма благоприятные условия для отложения наносов. В результате этого высота гребня вала увеличивается.

Противоположный вогнутый берег, который размывается под дейст­ вием поперечной циркуляции воды, постепенно отступает. Донное тече­ ние, обусловленное поперечной циркуляцией и направленное от вогнутого берега к выпуклому, переносит продукты размыва к выпуклому берегу, и там образуется новый пляж, а затем и новый береговой вал. Описанный процесс происходит на всех излучинах. В результате этого создается свое­ образный рельеф поймы в виде веера дугообразно изогнутых береговых валов (рис. 14), между которыми располагаются ложбины.

Свободное меандрирование русла характеризуют следующие пара­ метры (рис. 15), которые определяются как на основании аэрофотоснимков или крупномасштабных карт, так и по материалам русловой съемки, про­ изведенной при изысканиях мостового перехода:

1.Шаг излучины Ли.

2.Длина излучины s.

3.Средняя ширина меженного русла на участке между точками его перегиба в .

4.Наибольшая ширина пояса меандрирования В, равная наибольшей ширине поля, которое ограничено линиями, соединяющими вершины оди­ наково направленных излучин.

5.Относительный шаг излучины — .

6.Степень развитости излучины

7.Угол входа излучины ат .

8.Угол выхода излучины адых.

10.Угол сопряжения излучин /3, равный разности двух углов: угла выхода предыдущей излучины а вых1 и угла входа излучины, непосредст­ венно следующей за ней вниз по течению, а^ц.

11.Угловая скорость разворота верховой части излучины-^*— , то

Af

есть изменение угла входа излучины во времени.

41

12.Угловая скорость разворота низовой части излучины есть изменение угла выхода излучины во времени.

13.Угловая скорость разворота всей излучины — , то есть изменение

угла разворота во времени.

14.Радиус кривизны излучины г , который при наличии нескольких разобщенных плесов в пределах одной излучины измеряется отдельно для каждого плеса.

15.Средняя скорость смещения береговой линии Сер, для определения

которой необходимо совместить две разновременные съемки нескольких излучин русла (см. рис. 17и19). Скорость Сср вычисляется отдельно для участков размывай намыва и находится по формуле [2]

T 'Z t

\

п

где YJ F - сумма всех площадей размыва (намыва) на исследуемом участ- I

ке русла (рис. 19);

П

~ сумма длин размываемых (намываемых) берегов,, измеренных

по первоначальному плану русла (рис. 19);

Т- период времени между двумя съемками русла.

16.Скорость смещения береговой линии в точке наибольшей дефор­ мации в плане Стах. Она определяется на основании совмещения планов русла по съемках разных лет.

Значения скоростей Сср и Стахизменяются от нескольких метров до десятков метров в год. В табл.5 [6,7] приведены значения скоростей Сср и Стах для некоторых рек или их участков. Эти скорости получены по мате­ риалам изысканий мостовых переходов, а также на основании совмещения планов русла по съемкам разных лет.

В тех случаях, когда разновременные съемки русла отсутствуют, ско­ рости Сер и Стахпринимаются по аналогии с другими участками данной реки или другими реками, имеющими тот же тип руслового процесса.

В Государственном гидрологическом институте разработан прибли­ женный метод графического построения предполагаемого планового очер­ тания излучины по истечении определенного срока. Это построение вы­ полняют на современном плане излучины с учетом следующих исходных предпосылок:

42

1) на любом поперечнике, расположенном нормально к средней линии русда, береговая линия смещается с течением времени в сторону линии наибольших глубин;

43

Продолжение табл. 5

2) смещение береговой линии на данном поперечнике уб прямо пропорционально: а) наибольшей глубине в пределах этого поперечни­ ка; б) скорости смещения береговой линии в точке наибольших плановых деформаций на рассматриваемом участке реки; в) интенсивности развития излучины; г) сроку прогнозирования.

Таблица 6 Значения Сердля аналогов (к расчету смещения излучин)

Для величины у в , м, Н.Е.Кондратьевым предложена следующая эм­ пирическая формула [24]:

где С - расчетная наибольшая скорость смещения береговой линии в точке

44

наибольших плановых деформаций, м/год; Ки - коэффициент скорости развития излучины;

Т - срок прогнозирования смещения излучины, годы;

h - наибольшая глубина на рассматриваемом поперечнике, м; hn- наибольшая глубина плеса данной излучины, м;

ho - средняя глубина двух перекатов, ограничивающих данную излучину, м.

Расчетную скорость С рекомендуется принимать (с учетом запаса) рав­ ной 4 Сср, где Сср - средняя скорость смещения береговой линии, м/год.

Скорость Сср желательно определять по данным натурных наблюде­ ний, пользуясь формулой (3). При отсутствии натурных данных можно ис­ пользовать аналоги, приведенные в табл.6[2].

Коэффициент скорости развития излучины Ки зависит от угла раз­ ворота а и принимается по табл. 7 [2] или по графику Ки = f{a ) (рис. 20)

[7].

Из рис.20 видно, что в ходе развития излучины коэффициент Ки

изменяется весьма значительно. Поэтому при прогнозировании плановых

45

деформаций свободно меандрирующего русла на большие сроки (7>30 лет) целесообразно выполнять расчет по формуле (4), предваритель­ но разделив период Г на более короткие отрезки времени (например, по 1020 лет каждый в зависимости от конкретных значений величин Г и С [7].

Угол ос, г р а д

Рис.20. График Ки=/ ( а )

В таких случаях расчет и построение линии деформированного берега сначала производят для первого отрезка времени. Для него определяют, ко­ нечную величину угла разворота излучины а , а затем по графику Ku=f(a) (рис. 20) находят соответствующее полученному углу а новое зна­

чение коэффициента Ки. После этого производят расчет и построение линии деформированного берега для следующего отрезка времени и т.д.

Как указывалось выше, при свободном меавдрировании форма и раз­ меры излучин очень сильно изменяются по длине реки. В результате этого все параметры свободно меандрирующих русел для различных излучин имеют значения, весьма сильно отличающиеся друг от друга. Указанное положение наглядно иллюстрируют данные, приведенные в табл. 8 и 9. Для участка р.Хопра между городами Аркадаком и Балашовом на основа­ нии картографических и аэрофотосьемочных материалов за 1948, 1957 и 1964 годы были подсчитаны параметры 96 излучин. В табл. 8 приведены

46

значения параметров Ли, s и ~ для некоторых, наиболее характерных

К

излучин. В табл. 9 даны значения параметров аю , аеых и а для тех же

излучин.

Анализ данных, приведенных в табл. 8 и 9, показал, что многие излу­ чины отличаются большой степенью развитости, то есть высокими значе­

ниями отношения у - и угла а . Наибольшую степень развитости имеет

л и

излучина №1 (у г.Аркадака), у которой отношение — = 4,08-4,45,:

а= 204°30' - 217°00'. Большую степень развитости имеют также излучины №№ 19,25, 30,39,40, 67 и многие другие. Достаточно сказать, что 46 из 96 излучин имеют угол разворота а > 100°.

Из табл. 9 видно, что угол разворота а различных излучин изменяет­ ся от 8°30' до 231° 30', то есть варьирует в очень широком диапазоне. Это является одной из наиболее характерных особенностей такого типа русло­ вого процесса, как свободное меандрирование [4].

Данные, приведенные в табл. 9, позволяют установить, какие излучи­ ны являются симметричными, а какие - асимметричными. У симметрич­ ных излучин }тлы а дх и а дых приблизительно одинаковы. К симметрич­

ным можно отнести, например, излучины №№ 61, 65, 69 и 84. Из 96 излу­ чин 22 являются симметричными. Все эти излучины находятся на ранних

При углах разворота а , больших 120°, излучины становятся асимметрич­ ными. У таких излучин углы а дх и а оых сильно отличаются друг от друга.

Разница в значениях этих углов особенно велика при углах разворота а , больших 200°. Например, у излучины №1, имеющей угол разворота

129°30'- 146°30\ Все сказанное относительно симметричности излучин полностью со­

гласуется с данными, полученными для ряда равнинных рек И.В.Поповым [15].

Как видно из табл. 8 и 9, параметры Я,,,s и

различных излучин р.Хопра имеют значения, весьма сильно отличающиеся

47